DE1523508A1

DE1523508A1 - Stroemungsverstaerkeranordnung

Info

Publication number: DE1523508A1
Application number: DE19651523508
Authority: DE
Inventors: Boothe Willis Anson
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1964-09-23
Filing date: 1965-09-22
Publication date: 1969-09-11
Also published as: GB1103958A; US3515030A

Description

4408-65/Dr.v.B/E

GEC I3-D-3836 (W.A. Boothe)

US-Serial No. 398,608

US-Piling Date: September 22, 1964

General Electric Company Schenectady N.Y., V.St.A.

StrömungsverStärkeranordnung.

Die Erfindung betrifft Ströungsverstärkeranordnungen, insbesondere eine Anordnung mit einem Mechanismus, dessen Lage oder Stellung durch einen Strömungsverstärker mit einer Anordnung, die ein Lagerückkopplungs- oder Rückführsignal vom Mechanismus zum Strömungsverstärker liefert, gesteuert wird.

Bei Steuer- oder Regelanlagen für Antriebsmaschinen, insbesondere Strömungsverstärkeranlagen, ist es nach Erzeugung eines Steuersignales, das angibt, wieviel Arbeitsmedium der Antriebsmaschine zugeführt werden muß, um die geförderte Ausgangsleistung zu gewährleisten, erforderlich, die Strömung des Arbeitsmediums zur Antriebsmaschine auf irgend eine Weise durch das Steuersignal zu steuern. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ventilanordnung, die durch einen Strömungsverstärker betätigt wird. Außerdem wird durch die Erfindung ein

909837/0580

Rückkopplungsmechanismus angegeben, bei dem die Steuereigenschaften des Strömungsverstärkers zur Schaffung eines Lageoder Stellservomechanismus ausgenützt werden. Die Erfindung wird am Beispiel der Steuerung des Arbeitsmediums für eine Antriebsmaschine beschrieben, selbstverständlich lassen sich solche Stellservomechanismen auch für andere Zwecke verwenden, beispielsweise können auch irgendwelche Betatigungsglieder mit dem durch Strömungsverstärker gelieferten Steuersignal gesteuert werden.

Der Erfindung liegt also die Aufgabe zugrunde, einen durch einen Strömungsverstärker gesteuerten Stellservomechanismus anzugeben, der eine Anordnung zur Rückkopplung eines Stellungssignals vom Mechanismus zum Strömungsverstärker enthält.

Eine Strömungsverstärkeranordnung gemäß der Erfindung enthält einen Strömungsverstärker mit einer Leistungsstrahlanordnung und einer Anzahl von Empfängern, die die Leistungsströmung aufnehmen, einer Steueranordnung zur Ablenkung des Leistungsstrahles in einen gewünschten Empfänger, und eine eine bewegliche Wand enthaltende Anordnung, die von der Leistungsstrahlströhmung über einen ausgewählten Empfänger einstellbar ist. Die Erfindung betrifft ferner'eine Anordnung zur Wahrnehmung der Einstellung der die bewegliche Wand umfassenden Anordnung und zur Ablenkung des Leistungsstrahlstromes bezüglich des ausgewählten Empfängers in Ab-

909837/0580

hängigkeit von der Einstellung der die bewegliche Wand umfassenden Anordnung.

Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert,

Das dargestellte Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält ein Ventil 10 mit einem Gehäuse 11, das eine Ventilkammer 12 umschließt, die einen Einlaß 13 und einen Auslaß 14 für ein Arbeitsmedium aufweist. In die Ventilkammer 12 reicht durch eine öffnung 15 im Gehäuse 11 eine Betätigungsstange 16, die einen Ventilkegel 17 trägt, der mit einem Ventilsitz 17^f zusammen arbeitet, der mit dem Auslaß 14 verbunden ist, so daß die Strömung des Arbeitsmediums zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 mittels des Ventiles steuerbar ist, indem der Abstand zwischen dem Ventilkegel 17 und dem Ventilsitz 17¹ verstellt wird. Bei diesem Ausführungsbeispiel betrifft die Erfindung die Verstellung des Ventilkegels 17, selbstverständlich lassen sich andere Mechanismen in entsprechender Weise verstellen und selbst bei Steuerung eines Ventiles kann dieses für eine Vielzahl von Anwendungen verwendet werden, beispielsweise zur Steuerung der Dampfzufuhr zu einer Turbine, der Brennstoffzufuhr zu einer Brennkraftmaschine oder der Zufuhr eines Arbeitsmediums zu den verschiedensten Betätigungsmechanismen.

An der Stange 16 ist ein Hebel l8 starr befestigt, der seinerseits über eine Verbindung I9 an einer Kolbenstange 20 befestigt ist, welche einen Kolben 21 trägt, der

909837/0580

zu einem Wandler 23 gehört. Der Wandler 23 enthält ein Gehäuse 24 mit Innenkammern 22, 22^!, das eine Verbindungsöffnung 25 aufweist, durch die sich die Kolbenstange 20 erstreckt. In der Kammer 22^f befindet sich eine Feder 26, die einerseits an der Kammerwand und andererseits am Kolben 21 anliegt und letzteren in Richtung auf eine Endwand der Kammer vorspannt. Wenn auf den Kolben 21 nur die Kraft der Feder 26 wirkt, bewegt er sich solange in einer Richtung, bis der Ventilkegel 17 auf dem Ventilsitz 17^! aufsitzt, so daß also bei Störungen ein Schließen des Ventiles gewährleistet ist. Bei Einführung-eines Druckmediums in die Kammer 22 durch eine öffnung 27 wirkt auf den Kolben 21 eine nach oben gerichtete Kraft und die Kolbenstange 20, der verbindende Hebel 18 und die Stange 16 bewegen sich nach oben, so daß der Ventilkegel 17 vom Ventilsitz abgehoben und das Ventil 10 geöffnet wird.

Zur Steuerung des Druckes in der Kammer 22 und damit zur Betätigung des Kolbens 21 dient ein Strömungsverstärker 30 mit einem Gehäuse 31, in dem sich eine Leistungsdüse 32 befindet, durch die ein Arbeitsmedium, vorzugsweise unter konstantem Druck, zugeführt wird, so daß ein Leistungsstrahl entsteht, der normalerweise in einem Hohlraum 33a längs einer gestrichelten Linie 33 verläuft und sich gleichmäßig auf Empfänger 40, 41 des Verstärkers 30 aufteilt. Eine Vertiefung 34 führt zur Atmosphäre oder

909837/0580

zu einer Rückleitung für das Arbeitsmedium. Zur Ablenkung des Leistungsstrahles 33 nach der einen oder anderen Seite dienen Steuerdüsen 35» 36, die mit Leitungen 37, 38 im Hehäuse verbunden sind, durch die Steuersignale in Form einer Druckmediumströmung zugeführt werden können.

Der abgelenkte Leistungsstrahl 33 strömt in Empfängeröffnungen 40 oder 4l, die mit Leitungen 42 bzw. 43 verbunden sind. Die Leitung 42 führt zur Öffnung 27 im Gehäuse 24 des Wandlers 23> während die Leitung 43 zur Atmosphäre oder einem Kanal zur Rückführung des Druckmediums in den Kreislauf führt. Mit der Strömungskammer 33a sind außerdem Entlastungskanäle 45, 46 verbunden, die mit der Atmosphäre oder einer Rückleitung in Verbindung stehen und zur Ableitung überschüssigen Arbeitsmediums aus der Strahlkammer dienen. Der Verstärker enthält außerdem noch Steueröffnungen 47, 48, die mit Leitungen 49, 50 in Verbindung stehen und noch zu erläuternden Zwecken dienen.

Der im Betrieb aus der Leistungsdüse 32 austretende Leistungsstrahl 33 wird bei Zuführung eines Druckströmungssignals durch die Leitung 38 und die Steuerdüse 36 in die Empfängeröffnung 40 gelenkt und strömt durch die Leitung 42 und die öffnung 27 in die Kammer 22. In der Kammer 22 baut sich dann ein Druck auf, der eine Kraft auf dem Kolben ausübt und diesen mit der Kolbenstange 20, dem Verbindungshebel 18 und der Stange 16 nach oben bewegt, so daß

9098 3 7/0580

der Ventilkegel 17 eine Strömung zwischen dem Einlaß 13 und dem Auslaß 14 des Ventiles 10 zuläßt.

In entsprechender Weise wird der Leistungsstrahl 33 durch ein Druckströmungssignal in der Leitung 37 und der Steuerdüse 35 in die Empfängeröffnung 4l und die Leitung 43 gelenkt. Da in diesem Falle dann keine Strömung durch die Empfängeröffnung 40 in die Leitung 42 eintritt, kann der Druck in dieser Leitung und der Kammer 22 absinken und die Feder 26 drückt dann den Kolben 21 und den mit diesem verbundenen Ventilkegel I7 nach unten auf den Ventilsitz 17*· Die Stellung des Kolbens 21 und des Ventilkegels 17 wird also durch die Steuerströmung in den Leitungen 37, 38 geäbeuert.

Um eine Lagerückkopplung oder -rückführung . sehen dem Ventil und dem Strömungsverstärker zu schaffen, ist die Stange 16 über den Hebel l8 hinaus verlängert und trägt einen Steuer- oder Kurvenkörper 54 mrtt geneigten Flächen 55, 56. Bei diesen Steuerkörperflächen 55* 56 sind Düsen 57, 58 angeordnet, die über Leitungen 59» 60 mit einer einzigen Leitung 61 in Verbindung stehen, der über einen Einlaß 62 Druckmedium zugeführt wird. Bei Verschiebung des Steuerkörpers 54 mit der Stange l6 ändert sich die-Entfernung der Flächer, 55, 56 von den Düsen 57, 58, wobei die Strömung des aus diesen Düsen austretenden Druckmediums gesteuert wird. Wenn sich also der Kolben 21 und der Ventil-

909837/0580

kegel in vertikaler Richtung bewegen, wird die Strömung durch die Düsen 57, 58 durch die Verschiebung des Steuerkörpers 54 geändert. Die Leitung 6l ist an durch eine Verengung 65 getrennten Stellen mit Leitungen 6j5, 64 verbunden, die zu den Leitungen 49 bzw. 50 des Strömungsverstärkers 30 führen. Durch die Anordnung der Leitung 64 wird der Druck vom EinlaS 62 über ein einstellbares Drosselventil der Leitung 49 des Strömungsverstärkers 50 zugeführt, während der Druck in den Leitungen 59, 6O, der mit dem Druck in dem in Strömungsrichtung hinter der Verengung 65 gelegenen Teil der Leitung 6l vergleichbar ist, über die Leitung 63 und 50 der Steueröffnung 48 des Strömungsverstärkers zugeführt wird.

Der Druck in der Leitung 6l hängt selbstverständlich von der Strömung durch die Düsen 57» 58 ab, während der Druck in der Leitung 64 wegen der Anordnung der Verengung 65 praktisch den gleichen Wert wie in der Einlaßleitung 62 hat. Begrenzte Schwankungen des Drucks in der Einlaßleitung 62 beeinflussen im übrigen das System nur wenig, da sich der Druck beidseits der Verengung 65 proportional ändern wird. Da der Steuerkörper 54 zwei entgegengesetzte Flächen 55, 56 aufweist, die den Düsen 57 bzw. 58 gegenüberliegen, wird die Arbeitsweise der Rückkopplungsanordnung auch durch Änderungen der Steuerkörperflächen oder der Düsen nicht nennenswert beeinflußt.

Wenn im Betrieb des rückgekoppelten Stellmecha-

909837/0580

nismus 52 der Leitung 38 des Strömungsverstärkers J5O ein Druckmedium zugeführt wird, wird der Leistungsstrahl 33 in die Empfängeröffnung 40 abgelenkt und strömt in die Kammer 22, so daß der Kolben 21 nach oben gedrückt und der Ventilkegel 17 vom Ventilsitz 17¹ abgehoben wird und das Ventil Io öffnet. Mit dem Ventilkegel 17 bewegt sich auch der Steuerkörper 54, welcher sich bei einer nach oben gerichteten Verschiebung von den Düsen 57, 58 entfernt und mehr Druckmedium austreten läßt, so daß der Druck in der Leitung 6l sinkt. Das durch die Einlaßleitung 62 kontinuierlich zugeführte Druckmedium fließt anfänglich durch die Leitungen 64, 49 und das Drosselventil 66, so daß durch die Steueröffnung 47 eine konstante Steuerströmung austritt, die den Leistungsstrahl vom Empfänger 40 weg zu bewegen strebt. Außerdem fließt Druckmedium durch die Leitungen 63, 50* das dirch die Steueröffnung 48 austritt und der oben erwähnten Ablenkkraft entgegenwirkt. Der Druck in der Leitung 63 nimmt jedoch mit zunehmender Strömung durch die Düsen 57* 58 ab, und der Einfluß der Steuerung des Leistungsstrahles 33 durch die Steueröffnung 47 nimmt dabei entsprechend zu.

Bei einer bestimmten Stellung des Steuerkörpers 54 nehmen der Ventilkegel I7 und der Kolben 21 eine Gleichgewichtslage ein, in der der Gesamteinfluß der Steuerströmungen durch die Steuerdüsen 47, 35 und die Düsen 46, 48 des Verstärkers 30 eine solche Ablenkung des Leistungsstrahles

909837/0580

33 zum Empfänger 40 bewirkt, daß der Kolben mit dem zugehörigen Mechanismus bei gleichem Betrag der durch die Feder 26 und der durch die Flüssigkeit in der Kammer 22 ausgeübten Kräfte in einer stationären Stellung verharrt. Der Mechanismus 52 liefert also an den Strömungsverstärker ein Rückführsignal, das ein von der Stellung des Ventilkegels abhängiges Rückkopplungssignal darstellt, das sich entsprechend der Lage des Ventilkegels 17 kontinuierlich ändert, die durch die dem Strömungsverstärker über die Leitungen 37* 38 zugeführten Steuerströmungen gesteuert wird.

Die beschriebene Strömungsverstärkeranlage ermöglicht also eine Verstellung des Ventilkegels 17 durch Steuerung eines dem Strömungsverstärker zugeführten Strömungssignales und eine direkte Nutzbarmachung des Ausgangssignales des Strömungsverstärkers, wobei ein Servomechanismus dauernd die Stellung des Ventilkegels 17 überwacht und ein Rückkopplungssignal liefert, das das dem Strömungsverstärker zugeführte Steuersignal praktisch kompensiert, wenn der Ventilkegel die richtige Stellung einnimmt.

Das im Vorstehenden beschriebene spezielle Ausführungsbeispiel läßt sich selbstverständlich in der verschiedensten Weise abwandeln, ohne den Rahmen der Erfindung zu überschreiten.

909837/0580

Claims

Patentansprüche.

1. Strömungsverstärkeranordnung mit einem Strömungsverstärker,, der eine Leistungsstrählanordnung und eine Anzahl von zur Aufnahme des Leistungsstrahles bestimmten Empfängern enthält, und mit einer Steueranordnung, durch die der Leistungsstrahl in einen gewünschten Empfänger ablenkbar ist, gekennzeichnet durch eine eine bewegliche Wand enthaltende Vorrichtung (23), deren Bewegung durch die in einen bestimmten Empfänger (42) eintretende Leistungsstrahlströmung (33) steuerbar ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzei chnet durch eine auf die Einstellung der die bewegliche Wand enthaltenden Anordnung (23) ansprechende Einrichtung (52), durch die der Leistungsstrahl (33) in Abhängigkeit von der Einstellung der die bewegliche Wand enthaltenden Vorrichtung bezüglich des bestimmten Emfpängers (40) ablenkbar ist.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge kennzeichnet, daß die die bewegliche Wand enthaltende Vorrichtung (23) ein Wandler 1st, der ein Gehäuse (24) mit einer Innenkammer (22) enthält, weiche ein bewegliches V/andtell (21) aufweist, dessen Bewegung von

' 909837/0580

dem Betrag an Druckmedium in der Innenkammer abhängt und mit einer Leitungsanordnung (27)» durch die der bestimmte Emfpänger (42) des Strömungsverstärkers (30) mit der Innenkammer (22) funktionell verbunden ist.

4. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die bewegliche Wand enthaltende Vorrichtung ein Kolbenmechanismus ist, welcher ein Gehäuse (24) enthält, das eine Innenkammer (22, 22') umschließt, in der ein hin- und herbeweglicher Kolben (21) angeordnet ist, und daß der bestimmte Empfänger (22) wirkungsmäßig mit der Innenkammer derart verbunden ist, daß die Stellung des Kolbens in der Kammer von dem Betrag des in den bestimmten Emfpänger strömenden Leistungsstrahles abhängt .

5. Anordnung nach Anspruch 3 oder 4,, dadurch gekennzeichnet, daß mit der beweglichen Wand oder dem Kolben (21) ein Ventil (10) verbunden ist, dessen Durchlaß von der Stellung der beweglichen Wand oder dem Kolben abhängt und das mittels der den Leistungsstrahl ablenkenden Steueranordnung steuerbar ist.

6. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Steueranordnung, die zwei

909837/0580

Steuerströmungsvorrichtungen enthält, die so angeordnet sind, daß der Leistungsstrahl durch die sie durchfließende Strömung in einen gewünschten Emfpänger ablenkbar ist, mit einer Anordnung zur Steuerung der Strömung durch die erste Steuerströmungsvorrichtung und einer Anordnung zur Steuerung der Steuerströmung durch die zweite Steuerströmungsanordnung in Abhängigkeit von der Einstellung der Wand oder des Kolbens (21).

7. Anordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite SteuerStrömungsanordnung eine erste Strömungsleitung (6l) und mindestens eine Düse (57, 58) durch die die Strömung fließen kann, enthält, daß bei der Düse ein Steuerkörper (54), der sich mit der Wand oder dem Kolben (21) bewegt, derart angeordnet ist, daß die Strömung durch die Düse von der Stellung des Steuerkörpers abhängt, und daß die erste Strömungsleitung über eine zweite Strömungsleitung mit der zweiten Steuerströmungsanordnung verbunden ist, so daß der Kolben durch die Steueranordnung einstellbar ist, der die Strömung durch die erste Steuerströmungsanordnung steuert und die Strömung durch die zweite Steuerströmungsanordnung von der Einstellung des Kolbens abhängt.

909837/0580